חוקרים ממכללת ביילור לרפואה, יאן ודן דאנקן מכון למחקר נוירולוגי (Duncan NRI) בבית החולים לילדים בטקסס ומוסדות משתפים פעולה השיגו תובנות חדשות לגבי השינויים המולקולריים המובילים לתסמונת רט, הפרעה נוירולוגית חמורה הנגרמת על ידי מוטציות ב-. MeCP2 גן המקודד חלבון קושר ל-methyl-CpG 2 (MeCP2). הצוות מדווח ביומן עֲצָבוֹן ההפסד הזה של MeCP2 בבגרות גורמת לחוסר ויסות מתקדם מיידי של מאות גנים – חלקם מופעלים בעוד שאחרים מדוכאים – ושינויים אלו מתרחשים הרבה לפני כל חוסר מדיד בתפקוד הנוירולוגי.
חלבון MeCP2 מתבטא בצורה הגבוהה ביותר בנוירונים – תאי מוח שבהם, כמו מנצח תזמורת, MeCP2 מכוון את הביטוי של מאות גנים. כאשר מוטציות מייצרות חלבון MeCP2 שאינו מתפקד, המוליך אינו נוכח עוד כדי לכוון את הביטוי ההרמוני של הגנים הדרושים לתפקוד מוח תקין. המחלוקת הנובעת בביטוי הגנים מובילה לתסמונת רט.
"במחקר הנוכחי, המטרה שלנו הייתה להבין טוב יותר את השינויים המולקולריים המתרחשים עם אובדן תפקוד MeCP2. מחקרים קודמים ניסו לעשות זאת על ידי חקר המצב בבעלי חיים המציגים תסמינים חמורים של ההפרעה. עם זאת, היה קשה לבצע להפריד בין השינויים המולקולריים הנגרמים מאובדן של MeCP2 מאלה המתרחשים במהלך התפתחות או משניים לנוירונים חולים", אמר הסופר הראשון ד"ר סמיר ס. בג'יקאר, שעבד במעבדתה של ד"ר הודא זוגבי במהלך רוב הפרויקט הזה. בג'יקר הוא כיום פרופסור באוניברסיטת וירג'יניה. .
במהלך התפתחותו של אורגניזם, גנים רבים באים לידי ביטוי ומודחקים – הרבה 'הרמוניות' מושמעות בו-זמנית ויוצרות קומפוזיציה מורכבת. זה יכול להיות מאתגר להבחין בין ההרמוניות הנובעות מהיעדר MeCP2 מהאחרים.
החוקרים חיפשו דרך לפשט את ההרמוניות המורכבות כדי שיוכלו לזהות את אלו המגיעות MeCP2 חוסר ויסות. לדעת את זה MeCP2 נדרשת תפקוד לאורך החיים, כי MeCP2 הבמאי פעיל במשך כל חייו של אורגניזם, נתן השראה לחוקרים להתמקד בחיים הבוגרים, זמן שעבר התפתחות, כאשר אין יותר יצירות התפתחותיות שמתנגנות.
מחקנו בתנאי Mecp2 בעכברים בוגרים, אשר משחזר את כל החסרים האופייניים ומוות מוקדם שנצפו בבעלי חיים זכרים שבהם Mecp2 נמחק מההתעברות. לאחר מכן, הערכנו באופן שיטתי ביטוי גנים, כמו גם אירועים המעורבים בוויסות ביטוי גנים, פעמים רבות לאחר אובדן של מבוגרים Mecp2. מצאנו שמחיקה למבוגרים של Mecp2 משנה את הביטוי של גנים רבים מוקדם מאוד לאחר מכן Mecp2 אובדן, ביטוי של גנים מסוימים גדל בעוד שאחרים הצטמצמו. שינויים אלה בביטוי הגנים הפכו חזקים יותר עם הזמן ושיקפו את אלו של ה- Mecp2 עכברי נוקאאוט קו הנבט. נתונים אלה חשפו מפל מולקולרי שמניע מחלה ללא תלות בתרומה התפתחותית כלשהי – הצלחנו לזהות את ה'הרמוניות' המגיעות MeCP2 חוסר ויסות".
ד"ר Sameer S. Bajikar, מחבר ראשון
הצוות גם מצא שגם הגנים המווסתים למעלה וגם למטה היו מתויגים מאוד עם קבוצות מתיל כימיות. מתילציה של ציטוזין בתוך ובסמוך לגנים מווסתת את הביטוי שלהם. רבים מהגנים לא היו מווסתים עקב MeCP2 אובדן קשור ישירות לתפקוד הנוירוני, וחלק מהגנים הללו הוכחו באופן ישיר כמוסנים MeCP2מחלה מונעת.
ממצא מרכזי ממחקר זה הוא שחסרים ברמת המעגל הנוירוני התרחשו לאחר חוסר ויסות של ביטוי גנים, מה שמרמז Mecp2 מחיקה מובילה תחילה לחוסר ויסות דו-כיווני של ביטוי הגנים, וזה בתורו תורם להפחתת התפקוד הנוירוני.
"הנתונים שלנו מספקים גם משאב לזיהוי גנים שאינם מווסתים במורד הזרם MeCP2אך במעלה הזרם של ליקויים ברמת המעגל והם קריטיים לתפקוד תקין של העצבים. הגנים הללו מחייבים מחקר נוסף", אמר זוגבי, פרופסור שירות מצטיין ב-Baylor, מנהל ה-Duncan NRI וחוקר במכון הרפואי הווארד יוז.
"לבסוף, הנתונים שלנו מוכיחים שיש חלון זמן שבו אירועים מולקולריים במורד הזרם MeCP2 מתרחשים, אך לפני שהשלכות פיזיולוגיות גלויות ניתנות למדידה", אמר זוגבי. "חקירת שינויים ספציפיים במהלך חלון זה תהיה חשובה לאפיון מלא של המסלול של אירועים מולקולריים המובילים לתסמונת רט".
Jian Zhou, Ryan O'Hara, Harini P. Tirumala, Mark A. Durham, Alexander J. Trostle, Michelle Dias, Yingyao Shao, Hu Chen, Wei Wang, Hari K. Yalamanchili, Ying-Wooi Wan, Laura A. Banaszynski and גם ז'אנדונג ליו תרם לעבודה זו. המחברים קשורים לאחד מיותר מהמוסדות הבאים: Baylor College of Medicine, Jan and Dan Duncan Research Institute Neurological Research at Texas Children's Hospital ו-UT Southwestern Medical Center, Dallas.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהמכון הלאומי לבריאות והתפתחות הילד של יוניס קנדי שריבר (F32HD100048, R01HD109239, U54HD083092), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ (R01NS057819, K99/R003NS1299 המכון הלאומי לרפואה כללית), (R35GM124958), The Welch Foundation (I-2025), האגודה האמריקנית לסרטן (134230-RSG-20-043-01-DMC), פרס Duncan NRI Zoghbi Scholar דרך בית החולים לילדים בטקסס, הקרן הבינלאומית לתסמונת רט (4013) והקרן המכון הרפואי הווארד יוז.